BAB III SISTEM PROTEKSI PETIR
III.5 Proteksi Terhadap Tegangan Lebih Petir
III.5. PROTEKSI TERHADAP TEGANGAN LEBIH PETIR
Sambaran petir dapat menyebabkan tegangan lebih, hal ini karena sambaran petir merupakan peristiwa pelepasan muatan artinya pada saat petir menyambar suatu objek berarti pada objek itu telah disuntikkan sejumlah muatan yang berasal dari petir sehingga tegangan pada objek tersebut naik melebihi yang seharusnya. Fenomena ini paling berbahaya bila terjadi pada peralatan-peralatan listrik yang memiliki tegangan kerja terbatas. Contohnya pada jaringan hantaran udara.
Smbaran petir pada ;jaringan hantaran udara memberikan suntikan muatan listrik. Suntikan muata ini menimbulkan kenaikan tegangan pada jaringan, sehingga di jaringa timbul tegangan lebih berbentuk gelombang impuls yang merambat di sepanjang jaringan menuju ujug-ujung jaringan. Tegangan lebih akibat petir ini sering disebut surja petir (lightning surge).
Jika tegangan lebih surja petir tiba di suatu peralatan listrik, transformator misalnya, maka tegangan lebih tersebut akan merusak isolasi peralatan. Oleh karena itu perlu dibuat suatu alat pelindung agar tegangan surja yang tiba di peralatan tidak memlebihi kekuatan isolasi peralatan. Pada keadaan tegangan jaringan normal, pelindung berperan sebagai isolasi, tetapi jika ada surja petir tiba pada terminal pelindung maka pelindung berubah sifat menjadi penghantar dan mengalirkan muatan surja petir tersebut ke tanah.
Ada dua macam alat pelindung dalam sistem tenaga listrik, yaitu Sela Batang (Rod Gap) dan Arrester. Arrester itu sendiri terdiri dari dua jenis, yaitu jenis Ekspulsi
31
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
(Expulsion type) atau sering disebut tabung pelindung (Protector Tube) da arrester jenis Katup (Valve type).
III.5.1. Sela Batang (Rod Gap)
Sela batang merupakan alat pelindung surja yang paling sederhana dan relative murah, tetapi kuat dan kokoh. Konstruksi diperlihatkan pada Gambar 3.5. jika beda potensial diantara sela naik akibat tegangan lebih surja hingga melebihi tegangan tembus sela, maka akan terjadi percikan pada sela dan membuat sela terhubung singkat. Jarak sela dibuat sedemikian hingga dapat terpercik pada nilai tegangan yang diinginkan.
Gambar 3.5. Konstruksi Sela Batang
Sela batang ini jarang digunakan pada rangkaian yang penting karena beberapa kelemahannya sehingga kurang dapat memenuhi ‘persyaratan dasar suatu alat pelindung yang sebenarnya. Sela batang biasanya digunakan pada isolator
32
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
bushing trafo, isolator hantaran udara, pemutus daya dan sebagai pelindung cadangan. Beberapa kelemahan sela batang adalah:
− Tidak dapat memutuskan arus susulan, sehingga apabila sela bekerja akan terjadi pemutusan aliran daya sistem
− Sela batang tidak dapat berfungsi jika gelombang surja yang datang memiliki muka yang curam
− Kerja sela batang sangat dipengaruhi oleh kondisi udara sekitar karena media pengantara sela adalah udara yang tegangan tembusnya tergantung pada suhu, tekanan dan kelembaban.
III.5.2. Arrester Ekspulsi
Konstrksi suatu arrester jenis ekspulsi di tunjukkan pada Gambar 3.6. Arrester ini mempunyai dua jenis sela, yaitu sela dalam dan sela luar. Sela dalam ditempatkan dalam suatu tabungserat (fiber tube) yang dapat mengeluarkan gas. Bila terminal arrester diterpa suatu surja petir, maka kedua sela akan terpercik.
33
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
Gambar 3.6. Arrester Ekspulsi
Arus susulan yang terjadi akan memanaskan permukaan dalam tabung serat. Akibatnya tabung mengeluarka gas. Arus susulan merupakan arus sinusoidal sehingga pada periode tertentu akan mencapai nilai nol. Saat arus susulan mencapai nol, gas akan memadamkan arus susulan tersebut. Tetapi pemadamannya masih tergantung pada tingkat arus hubung singkat di lokasi penempatan arrester . karena itu, perlindungan dengam arrester jenis ini juga masih belum begitu memadai.
III.5.3. Arrester Katup
Konstruksi arrester jenis katup diperlihatkan pada Gambar 3.7. Arrester ini terdiri dari beberapa sela percik yang terhubung seri dengan resistor non-linier. Resistor non-linier mempunyai tahanan yang rendah saat dialiri arus tinggi dan mempunyai tahanan ‘yang tinggi saat dialiri arus rendah.
34
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
Gambar 3.7. Arrester Katup
Sela percik dan resistor non-linier, keduanya di tempatkan dalam tabung isolasi tertutup, sehingga kerja arrester ini tidak dipengaruhi oleh keadaan udara sekitar. Jika surja petir tiba pada terminal arrester dan membuat sela arrester terpercik, maka rangkaian ekivalen arrester adalah seperti ditunjukkan pada Gambar 3.8.a. Tegangan pada terminal arrester saat mengalirkan arus surja adalah:
Vt = Is x R
dimana is = arus surja
35
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
Gambar 3.8. Rangkaian Ekivalen dan Karakteristik Arrester Katup
Misalkan karakteristik resistor non-linier adalah seperti Gambar 3.8.b. dan arus surja yang mengalir pada arrester adalah seperti Gambar 3.8.c. Dalam selang waktu antara 0 - t1, arus surja naik dan mencapai nilai puncak is = ip. Dalam selang waktu ini tahanan R mengecil, sehingga kenaikan tegangan terminal arrester dibatasi hanya sampai Va. seandainya tahanan resistor R konstan, maka saat arus surja mencapai nilai puncak, tegangan di terminal arrester adalah Vt = V1. Artinya tegangan sistem tetap tinggi sehingga tujuan perlindungan tidak tercapai.
Dalam selang waktu t1 – t2 arus surja menurun sehinggatahanan resistor R membesar. Saat arus surja menjadi nol, masih tersisa arus susulan yang relative kecil. Arus susulan ini juga akan semakin kecil karena tahanan R semakin membesar, akhirnya tersisa arus kecil yang disebut arus kendali. Ketika tegangan sesaat sistem nol percikan pada sela padam sehingga arus kendali menjadi nol dan tidak berlanjut lagi.
36
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
BAB IV
PROTEKSI BANGUNAN TERHADAP BAHAYA PETIR
IV.1. UMUM
Keadaan geografis yang dekat ke khatulistiwa menyebabkan Indonesia termasuk sebagai wilayah yang memiliki hari guruh pertahun (Thunderstorm Days) tinggi dengan jumlah sambaran petir yang banyak sehingga memungkinkan banyak terjadi bahaya dan kecelakaan akibat sambaran petir.
37
Soli Akbar Hutagaol : Studi Tentang Sistem Penangkal Petir Pada BTS (Base Transceiver Station) (Aplikasi pada PT. Telkomsel - Banda Aceh ), 2010.
Sambaran petir dapat menimbulkan gangguan pada sistem tenaga listrik. Pada bangunan atau gedung bertingkat, efek gangguan akibat sambaran petir ini semakin besar sesuai dengan semakin tinggi dan luasnya areal bangunan tersebut. Penyebab dari kerusakan-kerusakan yang diakibatkan oleh sambaran petir, terutama adalah besar (amplitudo) dari arus petir berkisar antara 5 sampai 200 kA. Kerusakan-kerusakan pada bangunan yang tersambar dapat berupa Kerusakan-kerusakan thermis, misalnya bagian yang tersambar terbakar, dan dapat pula berupa kerusakan mekanis, misalnya bagian atap bangunan retak atau tembok bangunan retak atau runtuh.
Bila terjadi aktivitas pengumpulan atau pembentukan muatan pada awan, maka induksi muatan dengan polaritas yang berlawanan terjadi di permukaan bumi. Pada penangkal petir, ujungnya di buat runcing dengan tujuan agar saat terjadi penumpukan muatan di awan, ujung yang runcing itulah yang pertama terinduksi. Dengan demikian di harapkan petir akan menyambar ujung batang penangkap petir terlebih dahulu karena sifat muatan listrik dari petir yang selalu mencari daerah konduktif dan yang kuat medan listriknya tinggi. Penangkap petir dihubungkan dengan konduktor pembumian yang akan meneruskan arus petir ke bumi dan kemudian disebarkan oleh elektroda pembumian.
IV.2. BESARNYA KEBUTUHAN BANGUNAN AKAN SISTEM PROTEKSI
